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Die
Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Elektromagnetisch
betätigte Ventile werden für eine Vielzahl von
Anwendungen in der Pneumatik und Hydraulik eingesetzt. Sowohl in
der Nutzfahrzeugpneumatik, als auch in steigendem Maße
in der PKW-Luftfederung kommen diese Ventile zum Einsatz. Dabei
müssen diese Ventile preisgünstig herstellbar
und kompakt in der Bauweise sein, wobei an die Zuverlässigkeit
der Steuerfunktion hohe Anforderungen gestellt werden.
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Bekannte
elektromagnetische Ventile weisen eine strombeaufschlagte Spule
zur Erzeugung eines elektrischen Feldes auf, welches in einem Magnetkreis
aus weichmagnetischem Material geführt wird. Dieser Magnetkreis
besteht üblicherweise aus einem die Spule zumindest teilweise
umgebenden Joch, einem stirnseitig angeordneten Kern und einem in
einer Führung beweglich gelagerten Anker. Im Kern ist ein
Strömungskanal vorgesehen, der etwa achsparallel zur Spule
angeordnet ist und mit einer Ventilöffnung in den Innenraum
des Ventiles mündet. Im Innenraum ist auf der gegenüberliegenden
Seite eine zweite Ventilöffnung vorgesehen, die das Ende
eines typischerweise ebenfalls achsparallel verlaufenden Strömungskanals
ist, und gegebenenfalls sind eine oder mehrere Öffnungen
vorhanden, die mit dem Arbeitsanschluss der Ventilanwendung durch
entsprechend abgedichtete Kanäle verbunden sein können.
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Ein
etwa achsparallel zur Spule geführtes Ventilelement, welches
einen Anker und eine Dichtung zum wechselseitigen Verschließen
der Ventilöffnungen aufweist, ist in einer Längsführung
im Innenraum des Ventils gelagert. Dieser Anker und/oder der Innenraum
des Ventils sind so gestaltet, dass das zu schaltende Medium, ein
Gas oder eine Flüssigkeit, durch entsprechende Kanäle
im Anker oder seiner Führung von einer Seite des Ankers
zur anderen Seite des Ankers strömen kann. Eine Feder hält
den Anker im nicht bestromten Zustand in der Position, die die eine
Ventilöffnung verschließt.
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Bei
einer Strombeaufschlagung der Spule wird das entstehende elektromagnetische
Feld durch das Joch, den Anker und den Kern geführt, wobei
das Feld den Arbeitsluftspalt zwischen dem Anker und dem Kern verkleinert
und somit den Anker gegen die Federkraft bewegt. Das mit dem Anker
verbundene Dichtelement wird hierbei von der einen Ventilöffnung gelöst
und gegen die andere Ventilöffnung gepresst, so dass diese
dicht verschlossen wird.
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Dieses
Dichtelement wird bei bekannten Ventilen durch Einmontieren in den
Anker oder durch Aufvulkanisieren des Dichtmaterials auf den Anker direkt
oder ein Trägerteil hergestellt, wie es zum Beispiel auch
in
DE 101 46 497 A1 beschrieben
ist. Diese Montagearbeiten sind speziell bei kleinen Ventilen mit
relativ kleinen Teilen mit hohem Montage- und Handhabungsaufwand
verbunden. Die Vulkanisierprozesse bei einvulkanisierten Dichtungen
erfordern ebenfalls einen nicht unerheblichen Aufwand durch die
Einlegeteile im Vulkanisierwerkzeug und zur Aktivierung derer Oberflächen
zur Erzielung einer prozesssicheren Haftung zwischen Dichtmaterial
und Anker oder Trägerteil. Auch ergibt sich bei der Aufvulkanisation
direkt auf den Anker die Notwendigkeit, durch zusätzliche
Fertigungsschritte für die Strömungsführung
notwendige Kanäle zu erzeugen. Bei dem in
DE 101 46 497 A1 beschriebenen
Trägerteil, das die Strömungskanäle ermöglicht,
kommt zu dem Vulkanisieraufwand noch der Aufwand der notwendigen
Einschraubmontage mit den Kosten für die hierzu notwendige
Sondermaschine, so dass diese Variante nicht in kostenoptimierten
Ventilen eingesetzt werden kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein elektromagnetisches
Ventil nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, welches
im Hinblick auf einfache Fertigkeit, insbesondere Großserientauglichkeit,
vereinfacht und verbessert ist, dabei zuverlässig und betriebssicher
eine Fixierung der Dichtungsmittel am bzw. im Anker ermöglicht
und bevorzugt für Hydraulikanwendungen, auch im Zusammenhang
mit mehreren Ventilöffnungen, benutzt werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch das Ventil mit den Merkmalen des Hauptanspruchs
sowie Verwendung nach dem unabhängigen Patentanspruch 14
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen beschrieben.
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In
erfindungsgemäß vorteilhafter Weise umschließt
der (ideal hohlzylindrisch bzw. hülsenartig ausgebildete)
Ankerkörper als Komponente des Ankers ein Trägerelement
(Träger), welches zum einen als Träger für
einen Dichtkörper dient, zum anderen durch ein mechanisches
Umformverfahren, etwa ein Bördeln oder dergleichen an einem
Rand des Ankerkörpers, mit diesem fest und unlösbar
verbunden ist.
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Auf
diese Weise kann vorteilhaft ein Anker realisiert werden, welcher
etwa einen axialen Fluidströmungskanal im Anker (genauer:
gebildet im bzw. angeboten durch das Trägerelement bzw.
Durchbrüche darin) besitzt. Auch ist auf diese Weise in
sehr betriebssicherer und herstellungstechnisch günstiger Weise
eine Befestigung des Dichtkörpers als Dichtungsmittel am
bzw. im Anker möglich, ohne dass in aufwändiger
Weise ein Vulkanisieren, Verkleben oder dergleichen erfolgen muss.
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Vielmehr
ist es vorteilhaft und weiterbildungsgemäß im
Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass das Trägerelement
in der Art einer hülsenförmigen Aufnahme den Dichtkörper
aufnimmt und, je nach Ausgestaltung, etwa ein axiales oder aber
ein laterales (d. h. quer zur axialen Richtung erfolgendes) Einsetzen
des elastomeren Dichtkörpers ermöglicht.
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Weiterbildungsgemäß ist
es zudem von der Erfindung umfasst, diesen Dichtkörper
kraft- und/oder formschlüssig am Trägerelement
und damit auch axial fixiert (als Grundlage für einen festen
Verschluss einer Ventilöffnung) vorzusehen, wobei bevorzugt
etwa die im Trägerelement gebildete hülsenartige
und sich axial erstreckende Aufnahme radiale Vorsprünge
aufweist, die kraft- und/oder formschlüssig mit dem Elastomermaterial
des Dichtkörpers zusammenwirken und dieses in der gewünschten
Weise gegen axiales Verschieben sichern.
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Auf
diese Weise ist es möglich, nicht nur einen einends eine
Ventilöffnung verschließenden Anker zu realisieren,
vielmehr ist es gemäß einer bevorzugten Realisierungsform
der Erfindung vorgesehen, etwa in der Art eines 3/2-Ventils, den
Anker so auszubilden, dass dieser durch das darin vorgesehene Trägerelement
durch axiale Bewegung beidseitig eine jeweils zugeordnete Ventilöffnung
gesteuert öffnen bzw. verschließen kann, wobei
der sich im Rahmen dieser bevorzugten Ausführungsform axial durch
das Trägerelement und damit durch den Anker erstreckende
Dichtkörper geeignet einstückig jeweils stirnseitig
eine gummielastische Verschlussfläche anbietet.
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Herstellungstechnisch
besonders günstig ist das (etwa als Kunststoff-Spritzgießteil
ausgestaltete, weiter bevorzugt einstückige) Trägerelement
so ausgebildet, dass es mittig in den Ankerkörper einsteckbar
und mit diesem (etwa durch das beschriebene Bördeln) verbindbar
ist. Das Trägerelement selbst weist dann einen langgestreckten,
hülsenartigen Mittelbereich zum Einsetzen des Dichtkörpers
auf, wobei besonders bevorzugt das Trägerelement einen seitlichen
Durchbruch, etwa in der Art eines Längsschlitzes, aufweist,
durch welchen dann z. B. durch manuelles seitliches Einstecken der
Dichtkörper in das Trägerelement eingeführt
werden kann und dort in der vorbeschriebenen Weise durch radiale
Vorsprünge kraft- bzw. formschlüssig verankert
wird.
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Besonders
bevorzugt ist es zudem, das Dichtelement so auszugestalten, dass
dieses mantelseitig einen z. B. rippenförmigen Vorsprung
ausbildet, welcher wiederum durch den bevorzugt vorgesehenen Durchbruch
des Trägerelementes reichen und auf diese Weise etwa die
Anordnung gegen eine innere Hohlwand des Ankerkörpers abstützen
kann.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, den
Dichtkörper aus einem thermoplastischen Elastomermaterial
so zu realisieren, dass er in aufeinanderfolgenden Spritzvorgängen,
z. B. im Rahmen eines 2K- Spritzverfahrens, zusammen mit dem Trägerelement
gespritzt werden kann und auf diese Weise dann die Baugruppe, bestehend
aus Dichtkörper und Trägerelement, auf einfache
Weise automatisiert und großserientauglich hergestellt
werden kann.
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Während
die vorliegende Erfindung in besonders geeigneter Weise als Hydraulik-
bzw. Pneumatikventil, etwa für den Fahrzeugeinsatz, verwendet
werden kann, ist der Einsatzbereich der vorliegenden Erfindung hierauf
nicht beschränkt. Vielmehr ist von der vorliegenden Erfindung
jegliches Einsatzgebiet umfasst, welches von der erfindungsgemäß vorteilhaften
Realisierung des Ankers aus Ankerkörper, darin aufgenommenem
Trägerelement und von diesem gehaltenen Dichtkörper
Gebrauch machen kann.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1:
in einer schematischen Längsschnittdarstellung ein elektromagnetisches
Ventil am Beispiel eines 3/2-Wege-Ventils in Ruheposition;
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2:
die Anordnung nach 1 mit bestromter Spule und angezogenem
Ventilelement;
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3:
in perspektivischer Ansicht die Dichtung und den Dichtungsträger;
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4:
den Längsschnitt durch das Ventilelement und
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5:
die Draufsicht auf die Stirnseite des Ventilelements.
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1 zeigt
eine schematische Längsschnittdarstellung eines elektromagnetischen
Ventils am Beispiel eines 3/2-Wege-Pneumatikventiles. Je nach Anwendungsfall
können auch Ventile in anderen Anschluß- und Stellkombinationen,
sowie auch Ventile beispielsweise im Hydraulikbereich vorgesehen
sein. Das gezeigte 3/2-Wege-Ventil 1 umfasst ein Joch 4 in dem
die strombeaufschlagbare Spule 2 zur Erzeugung eines elektromagnetischen
Feldes angeordnet ist. Im Bereich eines stirnseitigen Endes des
Ventils 1 ist ein Kern 3 zur Führung
des von der Spule 2 erzeugbaren elektromagnetischen Feldes
vorgesehen, wobei der aus weichmagnetischem Material gebildete Kern 3 etwa
koaxial zur Spule 2 angeordnet ist und mit einer Seite
teilweise innenseitig in die Spule 2 hineinragt. Auf seiner
gegenüberliegenden Seite ist der Kern 3 mit seinem
Außendurchmesser in das Joch 4 eingepasst, das
ebenfalls der Führung des elektromagnetischen Feldes dient.
Mittig im Kern 3 ist etwa achsgleich zur Spule 2 ein
Auslasskanal 6 angeordnet, welcher über eine Ventilöffnung 7 in
einen Innenraum 8 des Ventils 1 mündet.
Der Innenraum 8 des Ventils wird durch den Kern 3,
das Rohr 15, das mit einem Dichtring 16 zu dem
Kern 3 hin abgedichtet wird und das Anschlussteil 17,
das mit dem Rohr 15 verbördelt ist, gebildet und
sitzt koaxial zur Spule 2. Auf seiner dem Auslasskanals 6 gegenüber
liegenden Seite des Ventils 1 liegt das Anschlussteil 17 das einen
Einlasskanal 14 beinhaltet, der über eine weitere
Ventilöffnung 9 mit dem Innenraum 8 verbunden ist.
Nahe der weiteren Ventilöffnung 9 hat das Anschlussteil 17 eine
oder mehrere Drucköffnungen 10 zur Verbindung
des Innenraumes 8 mit möglichen externen Anschlüssen.
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Innenseitig
des Rohres 15 und etwa achsgleich dazu ist ein Ventilelement 18 längsverschieblich
geführt. Das Ventilelement 18 weist einen aus weichmagnetischem
Material bestehenden Anker 5, ein Trägerteil 11 und
eine Dichtung 12 auf. Der Anker 5 ist im gezeigten
Ausführungsbeispiel als zylindrisches hohles Rohr 19 ausgebildet
mit dem das Trägerteil 11 durch Umformen des Ankerrandes 20 fest verbunden
ist. Die Dichtung 12 ist zuvor in das Trägerteil 11 seitlich
eingesetzt und wird durch die Wand des Ankers 5 fixiert.
Die Dichtung 12 steht an beiden Enden des Trägerteils 11 über
und liegt in der gezeigten Anordnung auf der weiteren Ventilöffnung 9 auf, da
das Ventilelement 18 durch die Feder 13, die innerseitig
im Dichtelement 18 angeordnet ist, in dieser Position fixiert
wird, wenn kein Strom durch die Spule fließt und somit
keine elektromagnetischen Kräfte auf den Anker 5 wirken.
Bedingt durch die Kraft der Feder 13 verschließt
das Dichtelement die weitere Ventilöffnung 9.
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Das
Ventilelement 18 weist innenseitig zwischen dem Trägerteil 11 und
dem Anker 5 einen Strömungskanal 21 auf, über
den bei der gezeigten Stellung des Ventilelements 18 die
erste Ventilöffnung 7 bzw. Der Auslasskanal 6 mit
den Drucköffnungen 10 im Innenraum 8 strömungsleitend
verbunden ist.
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2 zeigt
die Anordnung nach 1 mit strombeaufschlagter Spule 2.
Das durch den Stromfluss in der Spule 2 aufgebaute elektromagnetische Feld
fließt durch das Joch 4 in den Kern 3 und über den
Arbeitsluftspalt 22 in den Anker 5 und von hier
radial zurück in das Joch 4. Die auf den Anker 5 wirkende
Magnetkraft bewegt das Ventilelement 18 gegen die Kraft
der Feder 13, bis die Dichtung 12 von der weite ren
Ventilöffnung 9 abhebt und auf der Gegenseite
auf der Ventilöffnung 7 aufliegt und diese dicht verschließt.
Infolgedessen wird nun eine strömungsleitende Verbindung
zwischen der weiteren Ventilöffnung 9 bzw. dem
Einlasskanal 14 und den Drucköffnungen 10 hergestellt.
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3 zeigt
das Trägerteil 11 mit der Dichtung 12 in
perspektivischer Ansicht. Das Trägerteil 11 besteht
aus einem zylindrischen Grundkörper 23 mit sternförmig
angeordneten Längsrippen 24 und einer Aussparung 27,
die durch die Dichtung 12 ausgefüllt wird sowie
einem an den Enden der Rippen 24 angesetzten Ring 25,
der ebenfalls im Bereich der Rippe 26 der Dichtung 12 unterbrochen
ist. Es sind insgesamt drei Rippen 24 vorgesehen, es kann
aber je nach Anwendungsfall eine andere Anzahl und Verteilung sinnvoll
sein.
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Auf
diese Weise, vgl. auch die nachstehend beschriebenen Figuren, erstreckt
sich die Richtung 12 durch die (z. B. schlitzförmige)
Aussparung (Durchbruch) 27 und liegt an der Innenseite
des Ankerrohres (Ankerkörpers) 19 an.
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4 zeigt
den Längsschnitt durch das Ventilelement 18 mit
dem Ankerrohr 19, dem Trägerteil 11 und
der Dichtung 12. Hier erkennt man die Befestigung des Trägerteils 11 mit
seinem Ring 25 durch Umformung des Randes 20 des
Ankerrohres 19 und die axiale Befestigung der Dichtung 12 im
Trägerteil 11 durch die beiden Formschlussbereiche 28 und 29.
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5 zeigt
die stirnseitige Ansicht des Ventilelements 18 in der man
die Strömungskanäle 21 zwischen dem Ankerrohr 19 und
dem Trägerteil 11 erkennen kann, die von den Rippen 24 und
der Rippe 26 voneinander getrennt werden. Die Rippe 26 der Dichtung 12 stützt
sich gegen die Innenseite des Ankerrohres 19 ab und wird
somit in ihrer Position gehalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10146497
A1 [0006, 0006]